电工电子技术课程课件集成运算放大器及其应用.ppt
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1、电工电子技术课程课电工电子技术课程课件集成运算放大器及件集成运算放大器及其应用其应用本章教学基本要求了解集成运算放大器的基本组成。了解集成运算放大器的基本组成。理解运算放大器的电压传输特性,了解其主理解运算放大器的电压传输特性,了解其主要参数的意义。要参数的意义。掌握理想运算放大器的表示符号和基本分析掌握理想运算放大器的表示符号和基本分析方法。方法。理解用运放组成的比例、加减、微分、积分理解用运放组成的比例、加减、微分、积分运算电路的工作原理。了解有源滤波电路的运算电路的工作原理。了解有源滤波电路的工作原理。工作原理。理解电压比较器的工作原理及应用。理解电压比较器的工作原理及应用。本章讲授学时
2、本章讲授学时:4:4学时学时 自学学时自学学时:20:20学时学时主要内容 集成运算放大器简介集成运算放大器简介 理想集成运算放大器理想集成运算放大器 集成运放的应用集成运放的应用 本章小结本章小结集成运算放大器简介 概述概述 集成运算放大器的组成集成运算放大器的组成 集成运算放大器的特点集成运算放大器的特点 集成运算放大器的主要参数集成运算放大器的主要参数概述 集成运放实质上是一种双端输入、单端输出的具集成运放实质上是一种双端输入、单端输出的具有高电压放大倍数,高输入阻抗、低输出阻抗的直接有高电压放大倍数,高输入阻抗、低输出阻抗的直接耦合放大器。耦合放大器。1.集成电路的外形:集成电路的外形
3、:国产集成运放的封装外形主要采用圆壳式和双列直插式。国产集成运放的封装外形主要采用圆壳式和双列直插式。概述CF741接接线线如如图图所所示示,双双列列直直插插式式集集成成运运放放的的管管脚脚顺顺序序是是,管管脚向下,标志于左,序号自下而上逆时针方向排列。脚向下,标志于左,序号自下而上逆时针方向排列。2.集成运放的管脚顺序及功能集成运放的管脚顺序及功能CF741外接线图外接线图接正电源接正电源(+9+18)V 接负电源(接负电源(-9-18)V为同相输入端为同相输入端(输出信号与输(输出信号与输入信号同相位)入信号同相位)为反相输入为反相输入端(输出信端(输出信号与输入信号与输入信号反相位)号反
4、相位)为空脚为空脚为输出端为输出端脚脚1、4、5外外接调零电位器接调零电位器22反相输入端反相输入端66输出端输出端33同相输入端同相输入端77正电源端正电源端44负电源端负电源端88闲置端闲置端(NC)1 1、55接调零电位器接调零电位器概述 集成电路构成集成电路构成:将整个电路的各个元件做在同一个将整个电路的各个元件做在同一个半导体基片上。半导体基片上。集成电路的优点集成电路的优点:工作稳定、使用方便、体积小、工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗重量轻、功耗 集成电路内部结构的特点:集成电路内部结构的特点:1.电路元件制作在一个芯片上,元件参数偏差方向一致,电路元件制作在一个芯片上,元
5、件参数偏差方向一致,温度均一性好。温度均一性好。2.电阻元件由硅半导体构成,范围在几十到电阻元件由硅半导体构成,范围在几十到20千欧,精千欧,精度低。高阻值电阻用三极管有源元件代替或外接。度低。高阻值电阻用三极管有源元件代替或外接。3.几十几十 pF 以下的小电容用以下的小电容用PN结的结电容构成、大电容结的结电容构成、大电容要外接。要外接。4.二极管一般用三极管的发射结构成。二极管一般用三极管的发射结构成。集成运算放大器的组成集成运算放大器的组成对输入级的要求:对输入级的要求:尽量减小零点漂移尽量减小零点漂移,尽量提高尽量提高KCMRR,输输入阻抗入阻抗 ri 尽可能大。尽可能大。对中间级的
6、要求:对中间级的要求:足够大的电压放大倍数。足够大的电压放大倍数。对输出级的要求:对输出级的要求:主要提高带负载能力,给出足够的输出电主要提高带负载能力,给出足够的输出电流流io。即输出阻抗。即输出阻抗 ro小小。输入级中间级偏置 电路输出级输入端输入端输出端输出端采用直接耦合的方式:集成化,放大缓变采用直接耦合的方式:集成化,放大缓变信号和直流信号信号和直流信号输入级:输入级:由差放构成由差放构成。可减小零点漂移和抑制干扰。可减小零点漂移和抑制干扰。中间级:中间级:共射放大电路共射放大电路。用于电压放大。用于电压放大。输出级:输出级:互补对称电路互补对称电路。降低输出电阻,提高带载能力。降低
7、输出电阻,提高带载能力偏置电路:偏置电路:恒流源电路恒流源电路构成。确定运放各级静态工作点构成。确定运放各级静态工作点集成运算放大器的组成集成运算放大器的组成集成运算放大器的组成集成运算放大器的组成UEE u+uo u反相反相输入端输入端同相同相输入端输入端T3T4T5T1T2IS输输入入级级中中间间级级输输出出级级与与uo反相反相与与uo同相同相集成运算放大器的组成集成运算放大器的组成-内部结构内部结构-UEE+UCCERCT1RCT2T5T6RC3RE2RC4RE3T7T9T8RE4RE5T11T10RL第第4 4级:互补对称射极跟随器级:互补对称射极跟随器差动放大器差动放大器第第2级级第
8、第1级:级:差动放大器差动放大器第第3级:级:单管放大器单管放大器+极极性性判判断断集成运算放大器的特点集成运算放大器的特点为满足运算精度的要求,理想集成运算放大器的为满足运算精度的要求,理想集成运算放大器的开环电压放大倍数的数值很大。零点漂移小。开环电压放大倍数的数值很大。零点漂移小。差模输入电阻很高,一般在差模输入电阻很高,一般在10105 510101111范围,如果范围,如果用用MOSMOS集成电路,输入级的输入电阻高达集成电路,输入级的输入电阻高达10101111以上。以上。输出电阻很低,一般输出级都采用互补对称电路输出电阻很低,一般输出级都采用互补对称电路作为输出级,所以,输出电阻
9、一般在几十欧到几作为输出级,所以,输出电阻一般在几十欧到几百欧百欧集成运算放大器的特点集成运算放大器的特点 ri 大大:几十几十k 几百几百 k KCMRR 很大很大 ro 小:几十小:几十 几百几百 A o 很大很大:104 107理想运放:理想运放:ri KCMMRR ro 0 0Ao 运放符号:运放符号:uu+uo u u+uo国际符号国际符号国内符号国内符号集成运算放大器的特点集成运算放大器的特点运算放大器的传输特性运算放大器的传输特性o+Uo(sat)-Uo(sat)实际特性理想特性u+-u-uo集成运算放大器的主要参数集成运算放大器的主要参数1.开环差模电压放大倍数开环差模电压放大
10、倍数Auo希望希望Auo越大越好。越大越好。2.2.最大输出电压最大输出电压UoPP 在一定电源电压下,集成运放输出电压和输入电压保持不在一定电源电压下,集成运放输出电压和输入电压保持不失真关系的输出电压的峰值称为最大输出电压。其值比电源电失真关系的输出电压的峰值称为最大输出电压。其值比电源电压小。如电源电压为压小。如电源电压为15V15V,该值为,该值为10V10V左右。左右。3.3.最大差模输入电压最大差模输入电压Uidmax Uidmax是指集成运放的反向输入端和同向输入端之间所能承是指集成运放的反向输入端和同向输入端之间所能承受的最大电压。受的最大电压。集成运算放大器的主要参数集成运算
11、放大器的主要参数4.最大共模输入电压最大共模输入电压Uicmax Uicmax是指集成运放所能承受的最大共模输入电压,超过这个是指集成运放所能承受的最大共模输入电压,超过这个值,集成运放的共模抑制比将明显下降,甚至造成器件损坏。值,集成运放的共模抑制比将明显下降,甚至造成器件损坏。5.5.差模输入电阻差模输入电阻rid rid是指集成运放两个输入端之间的电阻值。是指集成运放两个输入端之间的电阻值。r ridid越大越好,它越大越好,它标志集成运放输入端向差模信号源索取信号电流的能力大小。标志集成运放输入端向差模信号源索取信号电流的能力大小。6.6.输出电阻输出电阻ro ro是指集成运放输出级的
12、输出电阻。它反应了运放的带负载是指集成运放输出级的输出电阻。它反应了运放的带负载能力。能力。7.7.共模抑制比共模抑制比KCMRR KCMRR是指集成运放的开环差模输入电压放大倍数与共模输是指集成运放的开环差模输入电压放大倍数与共模输入电压放大倍数之比值,用来衡量输入级各参数的对称程度。入电压放大倍数之比值,用来衡量输入级各参数的对称程度。KCMMR越大,运放的共模抑制能力越强。越大,运放的共模抑制能力越强。理想集成运算放大器理想集成运算放大器理想集成运放的电路模型理想集成运放的电路模型(1)开环电压放大倍数)开环电压放大倍数(2)差模输入电阻)差模输入电阻(3)开环输出电阻)开环输出电阻(4
13、)共模抑制比)共模抑制比理想集成运放的传输特性理想集成运放的传输特性实际特性实际特性理想特性理想特性理想集成运算放大器理想集成运算放大器传输特性的特点传输特性的特点分为线性区和非线性区,其分析方法分为线性区和非线性区,其分析方法不一样。不一样。线性区线性区非线性区非线性区非线性区非线性区工作在线性区时工作在线性区时1.理想运放的两个输入端的电位相等理想运放的两个输入端的电位相等虚短虚短2.理想运放的两个输入端的输入电流为零。理想运放的两个输入端的输入电流为零。虚断虚断理想集成运算放大器理想集成运算放大器线性区线性区:uo=Auo(u+-u-)虚地虚地虚断虚断虚短虚短rid,故故两输入端的输两输
14、入端的输入电流为零入电流为零。Auo,uo为有限值为有限值故故 u+-u-=uo/Auo0 即即 u+u-分分析析依依据据当有信号输入时当有信号输入时,如同相端接地,如同相端接地,即即u u+=0=0 则则u u-0 0理想集成运算放大器理想集成运算放大器工作在非线性区时:工作在非线性区时:1.理想运放的两个输入端的输入电流为零。理想运放的两个输入端的输入电流为零。虚断虚断2.输出电压有两种取值可能输出电压有两种取值可能只是两种状态的转换点只是两种状态的转换点+Uo(sat)为正饱和值为正饱和值-Uo(sat)为负饱和值;为负饱和值;集成运放的应用集成运放的应用 概述概述 运放在信号运算方面的
15、应用运放在信号运算方面的应用 运放在信号处理方面的应用运放在信号处理方面的应用 运放应用中的反馈运放应用中的反馈 集成运放的使用集成运放的使用概述概述 运算:运算:比例、加减、积分与微分比例、加减、积分与微分等。是线性等。是线性范围内的运算,都适用叠加原理。范围内的运算,都适用叠加原理。问题问题1.1.如何保证运放工作在线性区如何保证运放工作在线性区?因为因为:A:Auouo,即当输入差模信号极小时,即当输入差模信号极小时(如毫伏级以下的信号),也足以使运放饱和。(如毫伏级以下的信号),也足以使运放饱和。解决办法是:解决办法是:在电路中引入深度负反馈在电路中引入深度负反馈。概述概述问题问题2:
16、2:将反馈引到同相端还是反相端将反馈引到同相端还是反相端 引回到反相端引回到反相端 答案是:答案是:Rf运放在信号运算方面的应用运放在信号运算方面的应用比例运算比例运算加法运算加法运算减法运算减法运算积分运算积分运算微分运算微分运算综合举例综合举例比例运算比例运算反向比例运算反向比例运算1.1.反相端输入;反相端输入;2.2.Rf 引到反相输入端;引到反相输入端;3.3.R2 平衡电阻,平衡电阻,R2=R1Rf比例运算比例运算反馈方式反馈方式电压并联负反馈电压并联负反馈输出电阻很小!输出电阻很小!输入电阻输入电阻 ri=R1 为保证一定的输入电为保证一定的输入电阻,当放大倍数大时,需阻,当放大
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- 电工 电子技术 课程 课件 集成 运算放大器 及其 应用
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